MicroBots hành tinh. Tín dụng hình ảnh: NASA Bấm để phóng to
Cuộc phỏng vấn với Penny Boston, Phần I
Nếu bạn muốn đi du lịch đến những ngôi sao xa xôi, hoặc tìm thấy sự sống ở một thế giới khác, thì cần một chút kế hoạch. Đó là lý do tại sao NASA đã thành lập NIAC, Viện các khái niệm nâng cao của NASA. Trong nhiều năm qua, NASA đã khuyến khích các nhà khoa học và kỹ sư suy nghĩ vượt ra ngoài, đưa ra những ý tưởng chỉ là khía cạnh khoa học viễn tưởng này. Hy vọng của họ là một số trong những ý tưởng này sẽ được đưa ra, và cung cấp cho cơ quan các công nghệ mà nó có thể sử dụng 20, 30 hoặc 40 năm sau.
NIAC cung cấp kinh phí trên cơ sở cạnh tranh. Chỉ một số ít trong số hàng chục đề xuất được gửi được tài trợ. Tài trợ cho giai đoạn I là tối thiểu, chỉ đủ để các nhà nghiên cứu đưa ra ý tưởng của họ trên giấy. Nếu ý tưởng cho thấy công đức, thì nó có thể nhận được tài trợ Giai đoạn II, cho phép nghiên cứu tiếp tục từ khái niệm thuần túy đến giai đoạn nguyên mẫu thô.
Một trong những dự án nhận được tài trợ Giai đoạn II hồi đầu năm nay là sự hợp tác giữa Tiến sĩ Penelope Boston và Tiến sĩ Steven Dubowsky để phát triển các vi sinh vật nhảy lò cò có khả năng khám phá địa hình nguy hiểm, bao gồm cả hang động dưới lòng đất. Nếu dự án ngừng hoạt động, việc nhảy các vi sinh vật một ngày nào đó có thể được gửi đi để tìm kiếm sự sống bên dưới bề mặt Sao Hỏa.
Boston dành rất nhiều thời gian trong các hang động, nghiên cứu các vi sinh vật sống ở đó. Cô là giám đốc của Chương trình nghiên cứu hang động và Karst và là giáo sư tại New Mexico Tech ở Socorro, New Mexico. Dubowsky là giám đốc của Phòng thí nghiệm Robot trường và Không gian MIT tại MIT, Cambridge, Massachusetts. Ông được biết đến một phần nhờ nghiên cứu về cơ bắp nhân tạo.
Tạp chí Astrobiology đã phỏng vấn Boston ngay sau khi cô và Dubowsky nhận được tài trợ NIAC giai đoạn II. Đây là phần đầu trong hai phần phỏng vấn. Tạp chí Astrobiology (AM): Bạn và Tiến sĩ Steven Dubowsky gần đây đã nhận được tài trợ từ NIAC để thực hiện ý tưởng sử dụng robot thu nhỏ để khám phá các hang động dưới lòng đất trên Sao Hỏa? Dự án này đã diễn ra như thế nào?
Penny Boston (PB): Chúng tôi đã thực hiện khá nhiều công việc trong các hang động trên Trái đất để mắt nhìn vào các cư dân vi sinh vật trong những môi trường độc đáo này. Chúng tôi nghĩ rằng chúng có thể đóng vai trò là khuôn mẫu để tìm kiếm các dạng sống trên Sao Hỏa và các vật thể ngoài trái đất khác. Tôi đã xuất bản một bài báo vào năm 1992, cùng với Chris McKay và Michael Ivanov, gợi ý rằng tầng dưới của Sao Hỏa sẽ là nơi ẩn náu cuối cùng của sự sống trên hành tinh này khi nó trở nên lạnh hơn và khô hơn theo thời gian địa chất. Điều đó đã đưa chúng tôi vào công việc tìm kiếm dưới lòng đất trên Trái đất. Khi chúng tôi làm điều đó, chúng tôi đã phát hiện ra rằng có một loạt các sinh vật đáng kinh ngạc rõ ràng là bản địa của lớp dưới bề mặt. Họ tương tác với các khoáng vật học và tạo ra các dạng sinh học độc đáo. Vì vậy, nó trở thành một khu vực rất màu mỡ để chúng tôi nghiên cứu.
Đi vào những hang động khó khăn ngay cả trên hành tinh này không phải là dễ dàng. Dịch nó cho các nhiệm vụ ngoài trái đất robot đòi hỏi một số suy nghĩ. Chúng tôi có dữ liệu hình ảnh tốt từ Sao Hỏa cho thấy bằng chứng địa mạo khác biệt cho ít nhất các hang động ống dung nham. Vì vậy, chúng ta biết rằng Sao Hỏa có ít nhất một loại hang động có thể là mục tiêu khoa học hữu ích cho các nhiệm vụ trong tương lai. Nó rất hợp lý khi nghĩ rằng còn có các loại hang động khác và chúng tôi có một bài báo trên một tờ báo đặc biệt sắp tới của Hiệp hội Địa chất Hoa Kỳ khám phá các cơ chế hình thành hang động (speleogenetic) độc đáo trên Sao Hỏa. Điểm gắn bó lớn là làm thế nào để di chuyển trong địa hình nghiêm ngặt và khó khăn như vậy.
AM: Bạn có thể mô tả những gì bạn đã làm trong giai đoạn đầu tiên của dự án?
PB: Trong Giai đoạn I, chúng tôi muốn tập trung vào các đơn vị robot nhỏ, rất nhiều (do đó có thể sử dụng được), phần lớn là tự trị và có khả năng cơ động cần thiết để đi vào địa hình gồ ghề. Dựa trên tiến sĩ Dubowsky, công việc đang diễn ra với chuyển động robot được kích hoạt cơ bắp nhân tạo, chúng tôi đã nảy ra ý tưởng về rất nhiều quả cầu nhỏ xíu, có kích thước bằng quả bóng tennis, về cơ bản giống như hạt đậu nhảy Mexico. Họ tích trữ năng lượng cơ bắp, có thể nói, và sau đó họ tự hào về nhiều hướng khác nhau. Đó là cách họ di chuyển.
tín dụng: Kết xuất bởi R.D.Gus Frederick
Thiết lập hành tinh cho thăm dò bề mặt và bề mặt hành tinh quy mô lớn. Nhấn vào ảnh để xem lớn hơn.
Tín dụng hình ảnh: Kết xuất bởi R.D.Gus Frederick
Chúng tôi đã tính toán rằng chúng tôi có thể có thể đóng gói khoảng một ngàn trong số những kẻ này vào một khối lượng có kích thước bằng một trong những MER hiện tại (Mars Explective Rovers). Điều đó sẽ cho chúng tôi sự linh hoạt khi chịu sự mất mát của một tỷ lệ lớn các đơn vị và vẫn có một mạng lưới có thể thực hiện điều chỉnh và cảm nhận, hình ảnh, và thậm chí có thể một số chức năng khoa học khác.
AM: Làm thế nào để tất cả những quả cầu nhỏ này phối hợp với nhau?
PB: Họ cư xử như một bầy đàn. Chúng liên quan với nhau bằng các quy tắc rất đơn giản, nhưng điều đó tạo ra sự linh hoạt cao trong hành vi tập thể của chúng cho phép chúng đáp ứng các yêu cầu của địa hình nguy hiểm và khó lường. Sản phẩm cuối cùng mà chúng tôi hình dung là một đội gồm những kẻ nhỏ bé này được gửi đến một số địa điểm đầy hứa hẹn, rời khỏi tàu đổ bộ và sau đó đi đến một vùng đất ngầm hoặc địa hình nguy hiểm khác, nơi chúng tự triển khai như một mạng lưới. Họ tạo ra một mạng truyền thông di động, trên cơ sở nút-to-nút.
AM: Họ có thể kiểm soát hướng mà họ nhảy không?
PB: Chúng tôi có nguyện vọng cuối cùng họ sẽ rất có khả năng. Khi chúng tôi chuyển sang Giai đoạn II, chúng tôi đã làm việc với Fritz Printz tại Stanford về các pin nhiên liệu siêu nhỏ để cung cấp năng lượng cho những kẻ nhỏ bé này, điều này cho phép chúng có thể thực hiện một loạt các việc khá phức tạp. Một trong những khả năng đó là có một số quyền kiểm soát hướng mà họ đi. Có một số cách nhất định mà chúng có thể được xây dựng có thể cho phép chúng ưu tiên đi theo hướng này hay hướng khác. Nó không hoàn toàn chính xác như vậy nếu chúng là những tay đua có bánh xe chỉ đi trên một con đường thẳng. Nhưng tốt nhất họ có thể không thể tự mình ít nhiều đi theo hướng mà họ muốn đi. Vì vậy, chúng tôi hình dung rằng họ sẽ có ít nhất sự kiểm soát thô thiển về phương hướng. Nhưng rất nhiều giá trị của họ phải làm với chuyển động bầy đàn của họ như một đám mây đang mở rộng.
Thật tuyệt vời như các tay đua MER, đối với loại khoa học tôi làm, tôi cần một cái gì đó giống với ý tưởng robot côn trùng do Rodney Brooks tiên phong tại MIT. Có thể tiếp cận mô hình trí thông minh côn trùng và thích nghi để khám phá đã hấp dẫn tôi từ lâu. Thêm vào đó là tính di động độc đáo được cung cấp bởi ý tưởng nhảy của Tiến sĩ Dubowsky, tôi nghĩ, có thể cho phép một tỷ lệ hợp lý của các đơn vị nhỏ này để sống sót qua các mối nguy hiểm của địa hình dưới mặt đất - có vẻ như là một sự kết hợp kỳ diệu với tôi.
HB: Vậy trong Giai đoạn I, có ai trong số này thực sự được xây dựng không?
PB: Không. Giai đoạn I, với NIAC, là một nghiên cứu kéo dài bằng não, kéo dài sáu tháng, để vạch ra tình trạng của nghệ thuật công nghệ liên quan. Trong Giai đoạn II, chúng tôi sẽ thực hiện một số lượng thử nghiệm tạo mẫu và thử nghiệm thực địa hạn chế, trong khoảng thời gian hai năm. Điều này ít hơn nhiều so với những gì người ta có thể cần cho một nhiệm vụ thực tế. Nhưng, tất nhiên, đó là nhiệm vụ của NIAC, để kiểm tra công nghệ từ 10 đến 40 năm. Chúng tôi nghĩ rằng điều này có thể nằm trong khoảng từ 10 đến 20 năm.
AM: Những loại cảm biến hoặc thiết bị khoa học nào bạn tưởng tượng có thể đặt vào những thứ này?
PB: Hình ảnh rõ ràng là điều mà chúng tôi muốn làm. Khi máy ảnh trở nên cực kỳ nhỏ bé và mạnh mẽ, đã có các đơn vị trong phạm vi kích thước có thể được gắn trên những thứ này. Có thể một số đơn vị có thể được trang bị khả năng phóng đại, vì vậy người ta có thể nhìn vào kết cấu của các vật liệu mà chúng đang hạ cánh. Tích hợp hình ảnh được chụp bởi các máy ảnh nhỏ trên nhiều đơn vị nhỏ khác nhau là một trong những lĩnh vực để phát triển trong tương lai. Điều đó vượt quá phạm vi của dự án này, nhưng đó là những gì chúng tôi nghĩ về việc chụp ảnh. Và sau đó, chắc chắn là các cảm biến hóa học, có thể đánh hơi và cảm nhận môi trường hóa học, điều này rất quan trọng. Tất cả mọi thứ từ mũi laser nhỏ đến điện cực chọn lọc ion cho khí.
Chúng tôi đang hình dung rằng chúng không giống nhau hoàn toàn, mà là một bộ đồng phục, có đủ các loại đơn vị khác nhau được trang bị các loại cảm biến khác nhau để xác suất vẫn cao, thậm chí còn mất số lượng đơn vị khá cao, rằng chúng tôi vẫn sẽ có một bộ cảm biến hoàn chỉnh. Mặc dù mỗi đơn vị riêng lẻ không thể có một khối lượng cảm biến khổng lồ trên đó, bạn có thể có đủ để nó có thể tạo ra sự chồng chéo đáng kể với các đơn vị đồng nghiệp của nó.
AM: Liệu có thể làm xét nghiệm sinh học?
PB: Tôi nghĩ vậy. Đặc biệt nếu bạn tưởng tượng khung thời gian mà chúng tôi đang xem xét, với những tiến bộ đang xuất hiện trực tuyến với mọi thứ từ chấm lượng tử đến các thiết bị phòng thí nghiệm trên chip. Tất nhiên, khó khăn là lấy vật liệu mẫu cho những người đó. Nhưng khi chúng tôi xử lý các đơn vị tiếp xúc mặt đất nhỏ như các vi mạch nhảy của chúng tôi, bạn có thể định vị chúng trực tiếp trên vật liệu mà chúng muốn thử nghiệm. Kết hợp với kính hiển vi và hình ảnh trường rộng hơn, tôi nghĩ rằng khả năng đó là để thực hiện một số công việc sinh học nghiêm trọng.
AM: Bạn có biết những cột mốc mà bạn hy vọng sẽ đạt được trong dự án hai năm của mình không?
PB: Chúng tôi đã dự đoán rằng vào tháng 3, chúng tôi có thể có các nguyên mẫu thô có tính di động phù hợp. Nhưng đó có thể là tham vọng quá mức. Khi chúng tôi có các thiết bị di động, kế hoạch của chúng tôi là thử nghiệm thực địa trong các hang động dung nham thực sự mà chúng tôi đang làm khoa học ở New Mexico.
Các trang web lĩnh vực đã được thử nghiệm. Là một phần của Giai đoạn I, nhóm MIT xuất hiện và tôi đã dạy họ một chút về việc thám hiểm hang động và địa hình thực sự như thế nào. Đó là một cái mở mắt lớn cho họ. Nó có một thứ khác là thiết kế robot cho các hội trường của MIT, nhưng nó lại là một thứ khác để thiết kế chúng cho môi trường đá trong thế giới thực. Đó là một kinh nghiệm giáo dục cho tất cả chúng ta. Tôi nghĩ rằng họ có một ý tưởng khá tốt về những điều kiện mà họ phải đáp ứng với thiết kế của họ.
AM: Những điều kiện đó là gì?
PB: Địa hình cực kỳ không bằng phẳng, rất nhiều kẽ hở mà những kẻ này có thể bị kẹt tạm thời. Vì vậy, chúng tôi sẽ cần các chế độ hoạt động cho phép chúng tự thoát ra, ít nhất là có cơ hội thành công hợp lý. Những thách thức của giao tiếp tầm nhìn trong một bề mặt rất thô. Bắt qua những tảng đá lớn. Bị mắc kẹt trong các vết nứt nhỏ. Những thứ đó.
Dung nham không mịn. Phần bên trong của các ống dung nham thực chất trơn tru sau khi chúng hình thành, nhưng có rất nhiều vật liệu co lại và nứt vỡ và rơi xuống. Vì vậy, có những đống gạch vụn để đi lại và nhiều thay đổi về độ cao. Và đây là những điều mà robot thông thường không có khả năng làm.
Nguồn gốc: NASA Astrobiology
